温湿度对干复整个工艺过程的影响,从业者都有一定的了解,现进行梳理和总结,让大家加深温湿度对干复工艺影响的认识,提高操作者对温湿度有效控制的重视程度。
“温湿度”作为干复工艺重点管控的项目,不同生产车间管控的效果可能有很大差别,对温湿度进行分类管理和有效平衡,可以杜绝温湿度的不利影响,以确保干式复合产品的质量稳定。
一、加工环境温湿度
环境温湿度指的是复合设备和材料所处的空间温湿度。根据操作习惯和常规产品结构类型,一般认为温度在18~26℃,相对湿度在45%~60%为最佳范围,这个温湿度条件下,对工艺、材料、设备和操作人员来讲都是最适宜的,也就是常说的“确保合适温湿度”最理想条件。
干复生产线上,最担心的就是大幅超出上述范围的环境条件,给干复产品带来的不利影响。比如,“高温高湿”环境带来薄膜材料(比如尼龙膜)吸潮变形、胶水性能变化,无法控制的水汽和冷凝水珠带来的胶水固化异常的隐患;“低温干燥”环境也能改变胶水性状和涂布状态,温度骤变对复合膜性能也会产生影响,特别是在这种环境下的静电危害,有时防不胜防,让人提心吊胆,现分类说明一下。
1、高温高湿环境
最常见于中国南方的夏季,特别是珠三角和南方沿海地区,以及长江中下游地区“梅雨季”,其中有些硬件设施不太好的干复车间,出现温度超过35℃、湿度超90%的情况,这样的环境,所有冷却水和冷气经过的管道,包括一些低温部件的表面,保温处理措施缺失情况下,一定会凝聚很多水珠。复合胶槽部位,在高温环境下,溶剂会加速挥发,溶剂挥发吸收热量,包括胶槽、网线辊和刮刀等涂胶系统的温度会很低,冷凝的水珠也会在这些部位凝结,甚至进入胶水里,水分是干复工艺最大的隐患,不管对胶水还是对薄膜,只要碰到过多水分,复合后的产品质量一定会受到影响。比如熟化后胶水不能完全固化、溶残问题和外观不良等。
2、低温高湿环境
低温高湿常见于南方的初春季或连续阴雨的冬季,在此时间段空气中水分充足,物体表面温度还比较低,如果车间密闭条件不好,会造成地面、墙壁、设备等表面凝结水珠,除了加速金属部件的腐蚀,凝结的水珠一旦进入胶水,优先和固化剂里的异氰酸根反应,固化剂有效成分被水分消耗,难免会造成胶水不能完全固化的现象。这种环境条件,最需要注意的仍然是水分的不良影响。
3、高温低湿环境
高温低湿常见于北方的夏季,虽然空气比较干爽,但也可能因过高温度的问题影响工艺,比如溶剂挥发过快,不能及时调整的话,胶水粘度增加,影响胶水转移和良好的涂布状态,甚至有造成网线辊网点堵塞的可能,带来复合白点。另外,操作人员容易出汗,如果不注意,汗水不管是滴到胶水里还是薄膜上,累积到一定量后,同样会影响到复合产品品质。高温条件下,还要重点关注薄膜材料的易拉伸和物性变化,保证相关冷却设施的功能完备。
4、低温低湿环境
低温低湿常见于北方的冬季,在北方低温少雨的季节,最可怕的是静电带来的危害,静电火花不时出现,很容易引起火灾,需要加倍重视。低温条件下,胶水的粘度会升高,涂布转移和抹平效果不如低粘度的状态,另外,低温条件下,胶水和材料的活化能不足,不利于初粘度的提升,对复合起皱和最终的复合强度有一定程度的影响。实际操作中,为稳定质量,会预热材料、适当提高复合热辊的温度,开启机器的预热辊,对胶水槽加热或使用具备加热功能的粘度控制仪等。
二、工艺温湿度
加工工艺温湿度除了受到环境温湿度影响外,主要指机器设备需设定的温度、熟化温度和熟化后冷却温度等,下面简单说明一下。
1、设备设定温度
设备方面主要涉及干复机烘箱温度、复合预热辊温度、复合热辊温度、冷却辊温度。这些加工工艺温度数据在稳定的环境温湿度条件下,同种胶水和涂布量的情况下,一般不会频繁调整,机器温度工艺参数随胶水类型和涂布量设计进行微调。另外,在环境温湿度不适宜的情况下,也会进行微调来平衡其不良影响。
2、熟化温度
根据胶水特性和复合膜结构,复合膜下机后胶水再反应的过程,在高温提供足够能力的条件下,双组分的胶水分子间充分交联固定,胶层由流态转变为固态,充分提升稳定复合膜层层之间的牢固度。
3、冷却温度
在复合机上,一般会在复合热辊后面增加一个冷却辊,作用是加速复合膜到室温条件,收缩胶层的膨胀状态,增强胶层的初粘力,便于收卷稳定和避免起皱现象。另外一种情况是复合膜出熟化室后,放在常温下自然冷却,让复合膜性能稳定下来,便于常温条件下后工序的加工。一般熟化后复合膜的冷却时间在4~48h不等,如果熟化条件对薄膜的摩擦系数影响较大,也可能会冷却超过48h的情况。
三、消除温湿度对干复产品质量不利的影响
既然环境温湿度和工艺温湿度对干复产品质量有决定性的影响,怎样才能消除这些不稳定因素,下面分别说明。
对加工环境温湿度而言,只要不是在最佳的温湿度范围,多少都会影响到干复工艺的稳定。上述4种环境温湿度的影响结果也已简单说明。
高温条件下,首先考虑车间降温,最理想的方法是空调降温,因能耗原因,很多车间使用大功率风扇降温,风扇降温不但可以让车间人员体感舒服,确实也能降低物体表面的温度,因空气加速流动,挥发了液体类物质,吸收热量而降低温度。因此要考虑风扇加速空气流动额外带来的溶剂快速挥发,以及因溶剂挥发给整个车间环境带来的不良影响。风扇带动空气流动,车间灰尘、碎屑会被搅动,薄膜会加速吸附这些东西,因此要注意清洁卫生,避免异物沾染复合膜。
高湿条件下,对于车间相对密闭比较好的情况下,优先选择除湿设备,或利用空调的除湿功能来降低车间湿度,减少水分对胶水性能的影响。不具备上述条件的情况下,根据车间具体湿度值,配胶时增加固化剂的比例,一般考虑在原来基础上增加3%~5%;对于复合时使用的尼龙膜、EVOH和PVDC等薄膜对湿度非常敏感,高湿会改变薄膜的形状和性能,如果空间环境确实湿度太大,比如超过95%以上,对湿度的可控力已严重不足,这时就考虑停止生产含有这些材料结构的产品。
低温条件下,在没有供暖或制暖空调的车间,冬季低温确实严重影响复合膜质量稳定,首先是材料本身温度低,比如胶水和薄膜,胶水低温条件下粘度变大,流动性和涂布性能变差,不但影响复合膜外观,更影响复合膜物性,比如复合强度、热封强度,也有可能影响溶剂残留。因此,低温条件下,首先要提升材料的温度,比如可以先把薄膜、胶水溶剂放进熟化室预热一定时间,开机时,加热胶水槽,使用具备加热功能的粘度控制仪,打开预热辊,提高烘箱温度和复合热辊温度等。如果冬季室内温度已低于零度,胶水流动性严重影响,升温条件有限的情况下,也要停止生产。
低湿条件下,特别是相对湿度低于25%以下,重中之重是消除静电危害,避免火灾风险,除了完善机器上消除静电的设施,比如有效接地,安装静电消除器,确保静电绳、静电带、静电毛刷的完备安装,配备人体静电消除桩,操作人员穿防静电服装和鞋子,使用防爆的工具等,再配合地面洒水增加局部湿度。也可以使用工业加湿机,保证车间湿度的提升和稳定,利于安全生产。
以上几种条件两两组合,在不同地域、不同季节会出现高温高湿、高温低湿、低温高湿、低温低湿的各种情况,这些环境条件比单纯的温度超标准或湿度超标准还要复杂一些,对干复产品质量的影响也就更明显,需要通过综合手段进行管控,比如车间密闭、利用空调系统、人工措施、自然通风或局部改变温湿度条件来平衡大环境的影响,达到温湿度条件满足产品质量稳定的要求。另外对材料进行有效防护,比如高温高湿环境中尼龙膜或AL膜在上机前,不要去除外包装,上机使用时才去除具有高阻隔性的内包装。再者就是对干复机胶槽部位进行局部密闭,胶水桶、溶剂桶和胶水槽均加上盖板,减少因空间环境带来的水分进入或溶剂快速挥发带来的危害。
工艺温湿度会相互影响,不管是蒸汽加热还是电加热,车间大环境的温湿度条件会改变机器烘箱内的小环境温湿度,也就是会影响烘干的效率和效果,所以要根据环境温湿度来设定机器工艺温度,机器温度设定需根据胶水性能、涂布量和环境温湿度,如果干复机器是四节烘箱,烘箱温度一般在55-60℃;65-70℃;75-80℃;85-90℃,复合辊温度设定为55-70℃,在以上范围内选择合适的温度条件。烘箱温度条件和送风、排风组合来保证涂胶后溶剂充分挥发,使复合膜溶剂残留达标;提高烘箱温度的另外作用是让胶水保持一定的活化度,保证薄膜贴合牢度。复合辊温度有利胶水被压合蠕化,保证复合外观平整无气泡、白点,同时有利于提高薄膜贴合牢度。
因季节和地域影响,环境温湿度的巨幅变化是客观存在的,除了增加硬件设施来干预外,可在胶水配方上做改善,比如有些厂家会根据季节不同,选择冬季配方和夏季配方,也会根据地域不同,制定南方市场和北方市场的配方,这都是从胶水层面解决不同温湿度条件下对产品质量的不利影响。
既然温湿度的影响这么大,那么对车间温湿度的监控就显得非常重要,车间机器周边要放置校准的温湿度计,机器温度控制和显示仪表也要定期校准,保证准确。根据监控数据,能进行干预的情况下,要对温湿度适时干预调整。
四、改变温湿度条件的硬件措施
1、相对密闭的车间
干复车间温湿度主要受大环境的影响,比如季节变化、气候变化和天气变化等,为尽可能降低外界环境的影响,干复车间要相对密闭、保温,要合理设计为独立区域,空间大小适中,能有效隔断和减缓与外界空气的直接对流,起码能相对做到“冬暖夏凉”。相对密闭的车间也便于对温湿度干预措施的实施。太简易的厂房比较容易和外界环境互通,非常不利于干复车间环境温湿度的控制。即使夏季使用电风扇或冬季使用电暖器,只能在局部区域对操作人员有作用,对工艺的影响极其有限。所以,相对密闭的车间是必要的。
2、空调系统
使用空调系统,只要设计合理、功率适中,不管是中央空调还是车间内的独立局部空调,对调节车间温湿度作用是最明显的。这也是最有效的干预手段,对稳定车间温湿度能起到关键作用。在南方地区,车间使用空调调节车间温湿度比较普遍,在北方地区夏季使用节能空调,冬季使用集中供暖的方式也非常普遍,这都是改善车间温湿度的有效措施。
3、加湿系统
北方地区和南方秋冬季节都会经常遇到低湿度的情况,甚至有低于10%以下的湿度条件出现,这种低湿度对干复生产来讲是非常不利的,一是静电带来的安全隐患,二是溶剂快速挥发带来的质量风险和成本影响。加湿机是改善这种低湿度状况的有效手段。加湿机可以设定一定的湿度范围,超出此范围,可以自动加湿或停止加湿,非常便于使用。注意加湿用水要进行软化处理。
4、空调、暖气、加湿等综合使用
对环境条件标准较高的车间,比如GMP车间,尽管新版本没有对温湿度进行具体的范围要求,但稳定适宜的温湿度条件还是非常必要的,有利于质量稳定和卫生安全,有的GMP车间温度要求20-24℃;湿度45%-60%;有的车间温度要求18-26℃;湿度45%-65%。尽管温湿度范围有差别,但均需要稳定性,超出范围视为温湿度条件不合格。一年四季中,外界环境温湿度一定是远远超过了此范围,要有效调节,达到标准范围,需要增加一定的措施,在密闭通风良好的车间,需要制冷、加热、增湿、除湿设施综合利用。
车间硬件设施根据干复工艺要求的水准来确定,结合设备、产品和标准,选择适合的硬件投入。根据地区季节性温湿度变化,哪种方式经济高效就选用哪种,如果条件非常有限,就难免出现温湿度问题带来的干复产品质量异常问题。
五、结语
综合以上分析,温湿度对干复工艺影响是非常直接的,有效管控和平衡的措施必不可少。要稳定和提高干复产品质量,在工艺设计时,充分考虑环境温湿度和工艺温度的作用,把不利影响降到最低,为工艺必需的温湿度环境创造条件。